Készült a HEFOP-3.3.1-P.-2004-06-0018/1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Törzsanyag Az Európai.

Az előadások a következő témára: "Készült a HEFOP-3.3.1-P.-2004-06-0018/1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Törzsanyag Az Európai."— Előadás másolata:

1 Készült a HEFOP-3.3.1-P.-2004-06-0018/1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Törzsanyag Az Európai Szociális Alap támogatásával

2 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 2 Áramvezetés félvezetőkben A vezetés mechanizmusa Az áram egy homogén félvezetőben (akár szerkezeti, akár n- vagy p-típusú legyen is) úgy jön létre, hogy az elektronok, illetőleg lyukak rendezetlen hőmozgására szuperponálódik egy a térrel egyirányú (lyukak esetén), ill. egy a térrel ellentétes (elektronok esetén) átlagos vándorlási sebesség (drift velocity). Az áramsűrűség arányos ezzel a sebességgel, a sűrűséggel, valamint az elektron töltésével: A vezetőképesség: A hányadost, tehát az egységnyi térerő hatására fellépő sebességet, mozgékonyságnak nevezzük:

3 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 3 Elektronok ‘driftje’: Lyukak ‘driftje’: Félvezető vezetőképessége: Szerkezeti (Intrinsic) n-tipusúp-tipusú Mitől változik meg az elektronok és a lyukak száma

4 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 4 Töltésáramlás félvezetőkben Diffúzió: Drift áram: A térfogategységbe be- és az abból kiáramló részecskeszám általában különböző; az ebből adódó, az időegységre vonatkoztatott részecskeszám változás: Ha a lyukak p vagy az elektronok n száma egy adott helyen eltér a p 0, n 0 egyensúlyi értéktől, akkor a részecskék egyensúlyi állapotba relaxálnak: Az elektronok és lyukak száma azért is változhat, mert valamilyen külső hatás (pl. fény) térfogat-egységenként és időegységenként g n elektront illetve g P lyukat hoz létre:

5 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 5 Transzportegyenletek A drift-áramerősség kifejezésében szerepel a térerősség, amely viszont a lyuk- és elektronelosztástól függ az alábbi módon: Einstein reláció:

6 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 6 Bipoláris felvezető eszközök A p – n réteg Az energianívók eltolódása --- A p-n átmenet egyensúlya Ha még nincs külső erőtér, akkor a Fermi-szintek kiegyenlitődnek és KONTAKT potenciál alakul ki Egyensúly úgy alakul ki, hogy a tér hatására létrejövő áramlás és a diffúziós áramlás kompenzálja egymást, tehát eredőül nullát ad.

7 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 7 Integrálva az átmeneti rész bal szélétől a jobb széléig, ahol U – nak és p – nek konstans értéke van : Hasonló összefüggést nyerhetünk az elektroneloszlásra is. Az áramlás – az átmeneti résztől eltekintve – nem változtatja meg a A töltésviszonyokat a két kristály belsejében, azaz

8 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 8 Mivel az intrinsic Fermi szint mindkét esetben a tiltott sév közepére esik, igy azok a ststikus potenciállal tolódnak el, tehát Tehát a Fermi szintek kiegyenlitődnek (egyazon szintre kerülnek)

9 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 9 Azonnal felborul a termikus egyensúly, ha a p-n rétegdiódára feszültséget kapcsolunk. „Záróirányú” feszültség„Nyitóirányú” feszültség

10 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 10

11 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 11 I [A] U [V] [mA] Áramköri model: Nemlineáris ellenállás A p – n rétegdióda árama

12 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 12 A p – n rétegdióda kapacitása

13 2006 HEFOP 3.3.1-P.-2004-06-18/1.10 13 Áramköri model: Nemlineáris ellenállás Nemlineáris kapacitás